車身空腔密封技術對氣密性影響的研究

劉振東

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

車身空腔密封技術對氣密性影響的研究

劉振東

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

本文闡述了車身空腔密封的種類、結構組成、安裝方式等，基于計算流體動力學理論（CFD），并運用流體分析軟件，對車身空腔密封后的存在的縫隙進行了分析計算，得出了各種縫隙尺寸情況下的氣體流場分布及氣體的泄漏量，總結了縫隙尺寸與泄漏量的關系，為以后設計和驗證車身空腔密封后的對氣密性的影響程度提供參考依據。

空腔密封；氣密性；CFD

CLC NO.:U469.7Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-23-02

引言

隨著國內汽車行業競爭愈加激烈，特別是顧客對乘駕舒適度提出了更高的要求，所以提高汽車乘駕舒適性是國內各汽車公司增強產品競爭力的重要方法之一[1]，其中提高車身密封性即可以為顧客提供一個靜謐的駕駛環境又可以改善空調靈敏度，所以車身密封性是改善車內環境的重要性能，車身密封分為靜密封和動密封，動密封是指密封件與接觸的零部件有相對運動，如車門與車身之間、車門窗與車門之間的密封等，靜密封是指以焊接、卡接、粘貼、熱熔、膨脹等方式對白車身的縫隙、孔洞進行封堵，即密封件與零部件之間相對靜止關系[2]。綜上看來，車身密封性的好壞直接影響顧客的對一輛汽車的主觀評價，故本文在下面介紹車身空腔密封種類、結構、作用，性能等，并基于計算流體動力學理論(CFD)，結合有限元計算方法對車身空腔密封性能進行分析計算。

1、車身空腔密封的結構和種類介紹

車身空腔密封按照在鈑金上的安裝方式分主要為五種:螺栓連接、粘貼、卡扣連接、焊點連接、注射式等，按照自身結構主要三種:純發泡固體材料、發泡固體材料+尼龍骨架、發泡液等，純發泡固體一般是條狀的膨脹膠帶，以粘貼方式固定在鈑金上，操作方便，粘貼一致性差，如圖1所示。發泡固體材料+尼龍骨架一般用于密封截面大的車身空腔，發泡材料布置在尼龍骨架上，尼龍骨架一般以卡扣或螺栓與鈑金連接，如圖2所示，這種結構一般稱為“夾膠板”，發泡材料一般是EVA+PE，需要在160-180攝氏度下連續烘烤20分鐘，發泡材料才能充分膨脹，發泡倍率一般是8-10倍。發泡液一般由A、B兩部分構成，A組為MDI或異氰酸預聚體，B組分為多元醇或者水/氨催化劑，未混合前兩組均為液體常溫下用機械噴頭，注入車身腔體內，發生化學反應，生成硬質閉孔泡沫，密封空腔，發泡倍率一般是30-34倍，不需要開發模具，不用高溫固化，但設備成本高[3]，如圖3所示。

2、驗證空腔密封氣密性的方法

由圖3可看出，硬質泡沫與鈑金接觸處存在縫隙，圖1和圖2中所示的膨脹膠帶和夾膠板膨脹密封空腔后，對于上下鈑金搭接處，易存在死角孔洞，這些縫隙和孔洞若與其它與車輛外界相連的孔洞相通，就會影響整車氣密性。本文按照上圖空腔截面形狀，用三維軟件建立帶中間隔斷的風道，設置氣體入口和出口，在中間隔斷的上下設置三角缺口模擬空腔密封存在的孔洞，具體如圖4所示。

本文將空腔密封問題分為單側存在孔洞和雙側存在孔洞兩種情況進行分析，通過將孔洞尺寸逐級變化來探索這些孔洞大小對氣密性的影響，孔洞尺寸為鈑金搭接處形成三角形頂點到底邊的垂足距離，如表1所示，單位為mm。

表1

基于流體連續性方程、伯努利方程、能量守恒等基礎理論，按照上表單側和雙側每一組孔洞尺寸，運用專業流體分析軟件進行仿真分析，參考美國通用汽車公司的整車靜態氣密性標準，采用車內提高125Pa壓力，測試車輛氣體泄漏量[4]，故按照圖4設置入口壓力101125Pa，出口設置101000Pa壓力，中間設置帶孔洞絕熱擋板，溫度設置零攝氏度。

3、結果分析

按照表1分析結果如下曲線所示，縱軸單位為CFM，橫軸單位為mm，由曲線圖5所示雙側孔洞垂足尺寸為5mm時，泄漏量為1.23CFM，單側孔洞垂足尺寸為9mm時，泄漏量為1.21CFM，對比曲線圖4不難發現，單側6mm孔洞比雙側3mm的泄漏量大，同樣雙側4mm和8mm孔洞與雙側2mm和4mm對比發現亦是如此，圖6為雙側孔洞垂足尺寸為3mm時氣體的速度場圖，圖7為單側孔洞垂足尺寸為6mm時氣體的速度場圖，圖6和圖7對比可知，單側孔洞空氣流速較快，由空腔密封位置和出口之間的速度場分析可知，雙側孔洞射出的高速氣流帶動周邊空氣移動，從而形成雙側局部低壓區，這樣出口處的壓力高于這雙側低壓區，形成空氣回流，從而減小氣體泄漏量，由圖6和圖7可見回流趨勢，同理，單側孔洞，形成單側回流區域，故單側6mm孔洞的泄漏量比雙側3mm的泄露量偏多。

圖8表示空腔沒有密封的情況，氣體速度流場分布圖，分析此工況，氣體泄露量85.11CFM，按照上述分析結果泄露量最大情況計算，在汽車車身上增加空腔密封，可以阻止98.6%的氣體泄露。

4、結論

隨著汽車技術的不斷的進步，整車氣密性指標也隨之提高，在有時受結構或其他功能項限制，車身側圍空腔密封的孔洞不可避免，這些縫隙或孔洞的尺寸的標準需要量化，參照上述分析結果，在以后設計增加車身空腔密封時，本文建議發泡材料膨脹封堵空腔后，將這些縫隙和孔洞類比為小三角形形狀，單側三角縫隙或小孔洞最大垂足尺寸不超過8mm，雙側三角縫隙或小孔洞最大垂足尺寸均不超過4mm，并建議采用側圍空腔密封技術，可大大提高車身氣密性。

[1] 吳澍平. 江鈴V3型汽車車身氣密性提升方法研究.吉林: 吉林大學, 2011.

[2] 賀銀芝,楊志剛,王毅剛. 汽車車身密封對車內氣動噪聲影響的機理及試驗研究.汽車工程. 2012,25(8):692-695.

[3] 田紹軍.汽車車身側圍空腔填充技術及應用. 裝備制造技術, 2011,15(10):181-183.

[4] 付年.整車靜態氣密性試驗的分析及應用. 企業科技與發展, 2011,5 (10):12-14.

Research body cavity airtight seal technology Influence

Liu Zhendong
(Great Wall Motor Company Limited Technology Center, Automotive Engineering Technology Research Center in Hebei Province, Hebei Baoding 071000)

This paper describes the body cavity seal species, composition, installation, etc., based on the theory of computational fluid dynamics (CFD), and using fluid analysis software, the gap exists body cavity after sealing analyzed and calculated, obtain the leakage of gas and the gas flow distribution of various size of the gap in case, summed up the relationship between the size of the gap and the amount of leakage, provide a reference for future design and verification of the degree of influence on the tightness of the body cavity after sealing in accordance with.

cavity seal; tightness; CFD

U463.8

A

1671-7988(2015)07-23-02

劉振東，就職于長城汽車股份有限公司技術中心。